感应线圈以及放射性废液的玻璃固化装置的制作方法

1.本发明涉及放射性废液玻璃固化技术领域，具体涉及一种感应线圈以及用于对放射性废液进行玻璃固化的装置。


背景技术：

2.当前，我国正处于核能高速发展的时期，在核工业中，势必产生大量放射性废物。其中，放射性废液尤其是高水平放射性废液，由于具有放射性比活度高、成分复杂、酸性强、腐蚀性强、并且含有一些半衰期长、生物毒性高的核素等特点，对放射性废液的处理与处置尤为重要。对放射性废液进行妥善处理，可以使放射性废液对环境造成的影响降低到最小。
3.冷坩埚玻璃固化技术是目前国际上一种用于放射性废物处理的新型玻璃固化技术。冷坩埚玻璃固化技术是利用高频电源产生高频电流，再通过感应线圈转换成电磁流透入待处理物料内部形成涡流产生热量，将待处理物料熔制成玻璃。坩埚的炉体内壁通有冷却水，坩埚内的熔融物在坩埚内壁上凝固而形成一冷壁，因此，称之为冷坩埚。由于高温熔融物与冷坩埚壁不直接接触，使得坩埚壁不受腐蚀。冷坩埚不需耐火材料，不用电极加热，由于熔融物包容在冷壁之内，大幅减少了对坩埚的腐蚀和污染，并且冷坩埚使用寿命长、退役简单，冷坩埚玻璃固化技术熔制温度高、可处理废物类型较广、固化速度快，因此，采用冷坩埚玻璃固化技术处理放射性废物具有独特的优势。
4.在采用冷坩埚对放射性废液进行玻璃固化处理时，通常采用围绕在冷坩埚主体外的感应线圈产生的高频电磁场，对冷坩埚内的放射性废物等物料进行感应加热并熔融。感应线圈是放射性废液的玻璃固化过程中的核心部件之一，其影响着电磁场在冷坩埚及其周围的分布和电磁场的强度，进而影响着冷坩埚的运行，因此，需要对感应线圈进行合理的设计，使其满足冷坩埚的正常运行以及放射性废物等物料的玻璃固化需求。目前，冷坩埚的感应线圈通常采用均匀设置的多匝密绕型线圈、多匝疏绕型线圈或者单匝线圈。


技术实现要素：

5.本发明的一个方面提供了一种感应线圈，用于为冷坩埚提供电磁场，包括：绕设于所述冷坩埚主体外侧的单层的多匝线圈；所述多匝线圈中相邻的两匝线圈之间具有匝间距，靠近所述冷坩埚底部的各相邻两匝线圈的匝间距小于靠近所述冷坩埚顶部的各相邻两匝线圈的匝间距。
6.在一些实施方式中，所述匝间距沿所述冷坩埚的轴向方向从下至上呈线性增加。
7.在一些实施方式中，所述匝间距沿所述冷坩埚的轴向方向从下至上呈阶梯式增加。
8.在一些实施方式中，所述感应线圈沿所述冷坩埚的轴向方向从下至上分为多个区域；所述阶梯式增加包括：各所述区域内各相邻两匝线圈的匝间距相等；各所述区域内各相邻两匝线圈的匝间距小于位于各所述区域上的另一区域内各相邻两匝线圈的匝间距。
9.在一些实施方式中，所述感应线圈沿所述冷坩埚的轴向方向从下至上分为多个区
域；各所述区域内各相邻两匝线圈的匝间距呈线性增加；各所述区域内各相邻两匝线圈的匝间距的增加量小于位于各所述区域上的另一区域内各相邻两匝线圈的匝间距的增加量。
10.在一些实施方式中，所述感应线圈沿所述冷坩埚的轴向方向从下至上分为多个区域；各所述区域内各相邻两匝线圈的匝间距呈线性增加；各所述区域内各相邻两匝线圈的匝间距的增加量大于位于各所述区域上的另一区域内各相邻两匝线圈的匝间距的增加量。
11.在一些实施方式中，所述感应线圈与所述冷坩埚底部之间的距离为预定距离。
12.在一些实施方式中，所述感应线圈的总高度为预定高度。
13.在一些实施方式中，根据所述冷坩埚主体的高度，确定所述预定高度。
14.在一些实施方式中，各匝线圈的截面的形状包括矩形、圆形或椭圆形。
15.在一些实施方式中，各匝线圈的截面沿所述冷坩埚的轴向方向的尺寸为第一预定值。
16.在一些实施方式中，各匝线圈的截面沿所述冷坩埚的径向方向的尺寸为第二预定值。
17.在一些实施方式中，所述线圈的表面设置有绝缘层。
18.在一些实施方式中，多个所述线圈之间串联或并联。
19.本发明的另一个方面提供了一种用于对放射性废液进行玻璃固化的装置，包括：冷坩埚，包括冷坩埚主体，用于容纳所述放射性废液以对所述放射性废液进行玻璃固化；感应线圈，所述感应线圈绕设于所述冷坩埚主体外侧；其中，所述感应线圈包括如上述各实施方式中任一项所述的感应线圈。
附图说明
20.通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
21.图1是根据本发明实施例一的感应线圈绕设于冷坩埚主体外时的结构示意图；
22.图2是图1所示的感应线圈在另一视角下的结构示意图；
23.图3是根据本发明实施例二的感应线圈绕设于冷坩埚主体外时的结构示意图；
24.图4是根据本发明实施例三的感应线圈绕设于冷坩埚主体外时的结构示意图；
25.图5是根据本发明实施例四的感应线圈绕设于冷坩埚主体外时的结构示意图；
26.图6是根据本发明实施例五的感应线圈绕设于冷坩埚主体外时的结构示意图；
27.图7是图6中的a处的放大图；
28.图8是根据本发明一个实施例的感应线圈中多匝线圈之间并联设置时的结构示意图。
29.需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。
30.附图标记说明：
31.100、感应线圈；200、冷坩埚；210、冷坩埚主体；220、冷坩埚锅顶部；230、冷坩埚底部；300、绝缘层。
具体实施方式
32.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.需要说明的是，除非另外定义，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“a和/或b”为例，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。此外，为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等，仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系，应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。
34.本发明的一个方面提供了一种感应线圈，所述感应线圈绕设于冷坩埚主体的外侧，用于为冷坩埚提供电磁场，以使冷坩埚内的物料被所述电磁场感应加热并熔融。如图1和图2所示，本发明的实施例一提供的感应线圈100，包括绕设于冷坩埚主体210外侧的单层的多匝线圈，所述多匝线圈中相邻的两匝线圈之间具有匝间距d，靠近所述冷坩埚底部的各相邻两匝线圈的匝间距小于靠近所述冷坩埚顶部的各相邻两匝线圈的匝间距。
35.本实施例中的感应线圈采用非均匀设置的方式绕设于冷坩埚主体外侧，并且靠近冷坩埚底部的各匝线圈缠绕地较为紧密，相对于靠近冷坩埚底部的各匝线圈，靠近冷坩埚顶部的各匝线圈缠绕地较为疏松。感应线圈可以在冷坩埚内部产生电磁场，通过上述非均匀设置的方式设置感应线圈，可以增强位于冷坩埚底部区域处电磁场的磁场强度，有利于位于冷坩埚底部的物料的加热和熔融，防止该区域处的物料温度过低而趋于固化，有利于熔融的物料从冷坩埚底部的卸出。
36.如图2所示，在本实施例中，感应线圈100与冷坩埚底部之间的距离h为预定距离。感应线圈100与冷坩埚底部的距离影响着电磁场在冷坩埚内部的分布，并且，当采用冷坩埚处理放射性废液时，首先需要使用加热材料对玻璃原料进行加热熔融以启动对待处理放射性废液的熔炼，在这一启动过程中，所述距离h影响着玻璃熔融的效果。因此，将该距离h设置为预定距离，有利于物料在冷坩埚内的感应加热和熔融。具体地，所述距离h可以根据冷坩埚200的具体尺寸、对物料的处理能力、所使用的加热材料以及感应线圈的高度等条件进行具体设置。
37.在本实施例中，所述感应线圈100的总高度h为预定高度。进一步地，可以根据冷坩埚主体210的高度，确定所述预定高度。在使用冷坩埚200对放射性废液进行玻璃固化时，电磁场作用于玻璃熔体使其发生感应加热的有效区域在感应线圈100覆盖的高度范围之内，将感应线圈100设置为预定高度，使感应线圈的高度h与冷坩埚主体210的高度相适应，有利于冷坩埚内玻璃固化过程中物料的加热和熔融。例如，所述预定高度可以与所述冷坩埚主体的高度成正比。
38.如图2和图3所示，在本实施例中，所述感应线圈100的截面的形状可以为矩形、圆
形、椭圆形、正方形等不同形状。感应线圈100的截面形状也影响着冷坩埚内电磁场的分布，可以根据所需要的电磁场来选择具体的感应线圈的截面形状。
39.此外，各匝线圈的截面的尺寸也可以根据冷坩埚的实际尺寸等条件来进行具体选择。在本实施例中，各匝线圈的截面沿所述冷坩埚200的轴向方向的尺寸为第一预定值，各匝线圈的截面沿所述冷坩埚200的径向方向的尺寸为第二预定值，以使感应线圈100产生的电磁场满足工作需求。例如，当感应线圈100的截面形状为矩形时，可以将感应线圈的宽度(即沿冷坩埚200的径向方向的尺寸)设置为2厘米，壁厚设置为0.5厘米，而各匝线圈的高度可以根据感应线圈100的总高度h、匝间距d以及感应线圈100的匝数来进行设置。本实施例对感应线圈100的尺寸并不进行限制，上述具体的尺寸参数只是为了对本实施例进行说明。
40.进一步地，如图7所示，感应线圈100的表面还设置有绝缘层300。绝缘层300可以涂覆或者包裹在感应线圈100的表面，以防止相邻两匝线圈发生击穿。优选的，所述绝缘层300还可以耐高温，例如，绝缘层300可以由有机硅绝缘漆、玻璃纤维或者陶瓷等材料制成。
41.采用本实施例的感应线圈100，将感应线圈100的匝间距设置为上部疏松下部紧密，可以增强位于冷坩埚底部区域处电磁场的磁场强度，有利于熔融的物料从冷坩埚底部的卸出。
42.需要说明的是，本实施例中的所述多匝线圈之间可以是串联，也可以是并联。如图1所示，所述多匝线圈之间串联，并绕设于冷坩埚主体210外侧。如图8所示，所述多匝线圈之间也可以并联设置。例如，所述多匝线圈的两端分别并联至同一导体上，然后将两个导体连接至电源，电源可以为感应线圈100供电。
43.图3示出了本发明实施例二的感应线圈100绕设于冷坩埚主体210外时的结构示意图。如图3所示，感应线圈100中，相邻两匝线圈之间的匝间距d沿所述冷坩埚200的轴向方向从下至上呈线性增加。例如，沿所述冷坩埚200的轴向方向从下至上，感应线圈100的匝间距d可以依次为1毫米、2毫米、3毫米、4毫米、5毫米。本实施例对匝间距的具体设置不进行限制，在其他实施方式中，也可以采用其他呈线性增加的匝间距。
44.此外，本实施例中的其他结构设置以及工作原理等与实施例一相同，此处，不再赘述。
45.图4示出了本发明实施例三的感应线圈100绕设于冷坩埚主体210外时的结构示意图。如图4所示，感应线圈100中，相邻两匝线圈之间的匝间距d沿所述冷坩埚200的轴向方向从下至上呈阶梯式增加。
46.可选的，感应线圈100沿所述冷坩埚200的轴向方向从下至上分为多个区域；各所述区域内，各相邻两匝线圈之间的匝间距相等，并且，各所述区域内各相邻两匝线圈的匝间距小于位于各所述区域上的另一区域内各相邻两匝线圈的匝间距。
47.如图4所示，在本实施例中，感应线圈100沿冷坩埚200的轴向方向从下至上可以分为两个区域，在靠近冷坩埚底部230的第一区域内，相邻两匝线圈之间的匝间距d为第一匝间距，在位于第一区域之上且相邻的第二区域内，匝间距d为第二匝间距，并且第二匝间距大于第一匝间距。例如，靠近冷坩埚底部230的四匝线圈之间的匝间距可以为3毫米，而靠近冷坩埚顶部220的四匝线圈之间的匝间距可以为5毫米。当然，本实施例对感应线圈100的匝数、感应线圈100划分的区域个数、以及具体的匝间距不进行限制，在其他实施方式中，也可以采用其他方式进行布置。
48.此外，本实施例中的其他结构设置以及工作原理等与实施例一相同，此处，不再赘述。
49.需要说明的是，感应线圈100的匝间距沿所述冷坩埚200的轴向方向从下至上阶梯式增加的方式并不限于上述实施例三中的方式。可选的，感应线圈100沿所述冷坩埚200的轴向方向从下至上分为多个区域；各所述区域内，各相邻两匝线圈的匝间距呈线性增加。并且，各所述区域内各相邻两匝线圈的匝间距的增加量小于位于各所述区域上的另一区域内各相邻两匝线圈的匝间距的增加量，或者，各所述区域内各相邻两匝线圈的匝间距的增加量大于位于各所述区域上的另一区域内各相邻两匝线圈的匝间距的增加量。
50.如图5所示，在实施例四中，感应线圈100沿冷坩埚200的轴向方向从下至上可以分为两个区域。在靠近冷坩埚底部230的第一区域中，匝间距呈线性增加并且增加量为第一预定量，在第一区域之上的第二区域中，匝间距呈线性增加并且增加量为第二预定量，第二预定量小于第一预定量。例如，沿冷坩埚200的轴向方向从下至上，所述匝间距d依次为1、3、5、6、7、8毫米，其中，第一预定量为2毫米，第二预定量为1毫米。当然，本实施例对感应线圈100的匝数、感应线圈100划分的区域个数、以及具体的匝间距不进行限制，在其他实施方式中，也可以采用其他方式进行布置。
51.此外，本实施例中的其他结构设置以及工作原理等与实施例一相同，此处，不再赘述。
52.图6示出了本发明实施例五的感应线圈绕设于冷坩埚主体210外时的结构示意图。其中，感应线圈100沿冷坩埚200的轴向方向从下至上分为多个区域，各个区域中相邻两匝线圈的匝间距采用不同的方式进行设置。具体地，在一个区域中，各相邻两匝线圈的匝间距可以是相等的，在该区域上的另一区域中，各相邻两匝线圈的匝间距可以呈线性增加；或者，在一个区域中，各相邻两匝线圈的匝间距可以呈线性增加，在该区域上的另一区域中，各相邻两匝线圈的匝间距可以是相等的。例如，沿冷坩埚200的轴向方向从下至上，所述匝间距d依次为2、2、2、3、4、5、6毫米，其中，在第一区域内，所述匝间距均为2毫米，在第二区域内，所述匝间距以1毫米的增加量线性增加。当然，本实施例对感应线圈100的匝数、感应线圈100划分的区域个数、以及具体的匝间距不进行限制，在其他实施方式中，也可以采用其他方式进行布置。
53.此外，本实施例中的其他结构设置以及工作原理等与实施例一相同，此处，不再赘述。
54.本发明的另一个方面提供了一种用于对放射性废液进行玻璃固化的装置，如图1
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6所示，该装置包括冷坩埚200和感应线圈100，其中，冷坩埚包括冷坩埚主体210，用于容纳玻璃和所述放射性废液以对所述放射性废液进行玻璃固化，感应线圈100绕设于所述冷坩埚主体210外侧，所述感应线圈100包括如上述任一项实施例中所述的感应线圈，用于在所述冷坩埚200内产生电磁场，以对冷坩埚200内的玻璃进行感应加热并熔融。当然，本实施例中的装置并不限于用于对放射性废液进行玻璃固化，在其他未示出的实施方式中，还可以应用于对其他废液进行玻璃固化处理或者用于对其他材料进行熔炼。
55.本发明实施例提供的用于对放射性废液进行玻璃固化的装置，通过设置上述任一技术方案中所述的感应线圈，从而具有以上全部有益效果，在此不再赘述。
56.在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述
意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本公开实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。对于本发明的实施例，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
57.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。